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Was ist eigentlich - CLEAN COAL?

Energiekonzerne propagieren die Renaissance der Kohle. In neuen Kraftwerken soll sie sauber und effizient Strom erzeugen. Der Wettlauf um die beste Lösung hat begonnen.




Die wörtliche Übersetzung von "Clean Coal" fällt deutschen Politikern und Lobbyisten recht leicht. Entsprechend wurde "saubere Kohle" bei Angela Merkels Energiegipfel Anfang April in Berlin zu einer der meistgeübten Vokabeln. Sie steht für eine Hoffnung: die Hoffnung, dass die gute alte Kohle doch wieder als Energielieferant in die Bresche springen kann.

Wind und Sonne (nicht grundlastfähig), Öl und Gas (im Besitz von Arabern und Russen und dazu auch nicht ganz umweltfreundlich), Kernspaltung (zumindest in Deutschland politisch nicht konsensfähig und wohin mit dem Müll?) und Kernfusion (technisch in weiter Feme) haben ihre Versprechen nicht gehalten. Die Kohlevorräte reichen weit länger als die von Öl, Gas und Uran. Sie sind zudem auf der Erdkugel halbwegs gerecht verteilt, was sich konfliktmindernd auswirken könnte.

Da kommt die Nachricht gerade recht, dass dank technischen Fortschritts das Kohlendioxid-Problem des schwarzbraunen Energiespenders lösbar scheint.

Die Dreckschleudern und Klimakiller von einst stehen vor einem Comeback als Leistungsträger im Energiemix. Der Begriff "saubere Kohle" steht zum einen für immer effizientere Kraftwerke mit immer besseren Schadstofffiltern. Zum anderen beschreibt er den Weg, Kohle zu verbrennen, ohne Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre zu blasen und damit den Treibhauseffekt weiter zu verstärken.

Beginnen wir mit der Effizienz. Bei der Verbrennung von Kohle entsteht Wärmeenergie, die über Turbinen und Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird. Je effizienter dies gelingt, desto weniger Kohle braucht man - und desto weniger CO2 entsteht. Deutsche Kohlekraftwerke älterer Bauart schaffen es gerade mal, 30 bis 35 Prozent der eingesetzten Energie zu wandeln, der Löwenanteil verpufft ungenutzt. Die aktuelle Kraftwerksgeneration bringt es auf einen Wirkungsgrad von bis zu 43 Prozent. In zehn Jahren, so hofft die Branche, könnten es 50 und mehr sein. So effizient sind heute nur Öl- und Gaskraftwerke.

RWE will Erster sein: 2014 soll ein sauberes Kraftwerk stehen Ein wichtiger Baustein für die Effizienzsteigerung der Kohleverstromung ist die so genannte Wirbelschichttrocknung. Dabei wird feuchter Tagebau-Braunkohle ein großer Teil ihres Wassers entzogen, bevor sie im Brenner landet. So verbrennt sie deutlich besser und sauberer. Die zweite Stellschraube ist die Temperatur des Dampfes, der die Kraftwerkturbinen antreibt. Er ist heute rund 600 Grad Celsius heiß. Bessere Materialien in Röhren, Ventilen und Turbinen werden in absehbarer Zeit Dampftemperaturen von bis zu 700 Grad ermöglichen. Auch das steigert die Energieeffizienz der Kohleverstromung um mehrere Prozentpunkte. Der dritte Weg hin zu einer besseren Verwertung der Wärme führt über die langsame, aber stetige Weiterentwicklung der Turbinen und Generatoren.

CO2-Reduktion mittels Steigerung des energetischen Wirkungsgrades ist ein evolutionärer Prozess. Am technischen Horizont wird aber auch eine Revolution immer deutlicher sichtbar: das kohlendioxidfreie Kraftwerk. Der Begriff CO2-frei ist etwas irreführend. CO2-freie Kraftwerke produzieren beim Verbrennungsprozess sehr wohl Kohlendioxid. Allerdings wird das Treibhausgas abgetrennt, bevor es durch die Schornsteine entweichen kann, und dann unter der Erde oder unter dem Meeresboden verstaut (siehe unten).

Die Chancen stehen gut, dass die Vision nicht an technischen Details scheitert. Wie einst in der Unterhaltungselektronik mit Video 2000, Betacam und VHS konkurrieren auch in der Energietechnik zurzeit verschiedene Systeme. Der Essener RWE-Konzern hat vor zwei Monaten angekündigt, eine Milliarde Euro in Entwicklung und Bau des ersten großen CO2-freien Groß-Kraftwerks nach der so genannten Integrated Gasification Combined Cycle-Technologie (IGCC) zu stecken. 2014 soll der 450-Mega-Watt-Brummer stehen.

Bei IGCC-Kraftwerken wird die Kohle zunächst erhitzt und so zu einem Brenngas umgewandelt. Aus diesem Brenngas wird dann durch einen chemischen Vorgang das CO2 abgespalten. Übrig bleibt Wasserstoff. Der brennt wunderbar und treibt den Generator. Als Abgas kommt am Ende reiner Wasserdampf heraus.

Die jährlich zwei Millionen Tonnen abgespaltenes Kohlendioxid werden durch eine Pipeline zu einem salinen Aquifer gepumpt. Saline Aquifere sind unterirdische, mit Salzwasser getränkte Sandschichten.

Sie können CO2 bis zum Ende der Erdgeschichte binden. Ehemalige Erdgas- oder Erdölfelder eignen sich ebenfalls dazu, Kohlendioxid für immer verschwinden zu lassen.

Experten sind sich einig, dass die sichere Endlagerung des Treibhausgases technisch relativ leicht lösbar ist. Den Begriff "Endlagerung" meiden sie allerdings wie der Veganer den Schlachthof.

Sauber geht. Effizient auch. Beides ist allerdings schwierig Der IGCC-Ansatz klingt vielversprechend, doch nach dem Haken muss man nicht allzu lange suchen. Kohlendioxid im Kraftwerkprozess abzuspalten und unterirdisch zu speichern kostet Energie, und zwar eine ganze Menge. Das RWE-Öko-Kraftwerk würde es im Jahr 2014 nur auf einen Wirkungsgrad von höchstens 41 Prozent bringen, also weniger als die besten Kraftwerke von heute. Ohne CO2-Abspaltung werden dann mehr als 50 Prozent Wirkungsgrad möglich sein. CO2-Abspaltung geht also auf Kosten der Effizienz.

Mit der so genannten Oxyfuel-Technik könnten die energetischen Reibungsverluste etwas geringer ausfallen. Dabei wird die Kohle nicht mit Luft, sondern mit reinem Sauerstoff verbrannt. Übrig bleibt nach der Verbrennung fast nur noch Kohlendioxid und Wasser. Das Wasser wird auskondensiert, das verbleibende CO2 wird verflüssigt und wie gehabt tief unter der Erde verstaut. Viele Experten halten Oxyfuel für die technisch überlegene Variante. Genau wissen können sie das aber noch nicht, denn die Idee beginnt gerade erst, die Labors mit ihren Kleinversuchsanlagen zu verlassen. Oxyfuel hinkt IGCC um einige Entwicklungsschritte hinterher.

Der schwedische Stromriese Vattenfall hat deshalb entschieden, an seinem brandenburgischen Braunkohlestandort Schwarze Pumpe ein kleines Oxyfuel-Pilotkraftwerk zu bauen. 2008 soll es erstmals stark getrocknete Braunkohle verbrennen und den Vattenfall-Ingenieuren den Weg weisen, wie ein Großkraftwerk irgendwann nach 2020 aussehen könnte.

Ein dritter Entwicklungspfad für CO2-freie Kraftwerke setzt an einer anderen Stelle im Kraftwerksprozess an, nämlich ganz hinten. Mit Monoethanolamin - ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Tensiden für Wasch- und Reinigungsmittel - ist es möglich, Kohlendioxid nach der Verbrennung aus den Abgasen wieder herauszuwaschen. Die Rauchgase werden hierzu durch eine Art Nebeldusche geleitet. Die Monoethanolamin-Tröpfchen saugen das CO2 dann auf.

Diese Methode ist technisch ohne Zweifel beherrschbar und hat einen großen Vorteil: Sämtliche Kraftwerke herkömmlicher Bauart ließen sich mit dieser Auswasch-Technologie nachrüsten. Sie hat aber auch einen großen Nachteil: Waschmittel und Kohlendioxid müssen in einem aufwändigen chemischen Verfahren wieder getrennt werden, und das frisst wieder große Mengen Energie. Die Wirkungsgradverluste werden mit Sicherheit deutlich größer als bei einer CO2-Abspaltung vor dem Verbrennungsvorgang sein - es sei denn, es fällt jemandem eine bahnbrechende Erfindung ein. Diese ist zurzeit aber nicht in Sicht.

Welche technische Option sich für den Bau CO2-freier Kraftwerke durchsetzt, ist heute schwer abschätzbar. Fest steht: Sie muss saubere Kohle wirtschaftlich konkurrenzfähig machen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung, das Clean-Coal-Techniken mit jährlich 20 Millionen Euro fördert, macht folgende Rechnung auf: Eine Tonne CO2 aus Kraftwerksluft abzuspalten und zu speichern wird bei ausgereifter Technik ungefähr 34 Euro kosten. Ein international handelbares CO2-Zertifikat gibt es heute aber schon für rund 20 Euro pro Tonne.

Warum sollte ein Energieunternehmen also den Aufwand betreiben? Zum Beispiel aus Vorsorge. Wenn die politischen Entscheidungsträger die Zertifikate verknappten, könnte sich saubere Kohle sehr schnell rechnen.